来源：电子技术应用 作者：苏晓剑 廖晓钟 胡静 jeoh meng kiat leo lorenz

    摘要：设计了一套基于fpca的通用离线开关电源硬件模拟开发平台，并对此硬件开发平台的硬件组成及工作原理进行了分析。利用此硬件开发平台对开关电源控制器进行硬件模拟，可以弥补控制芯片设计过程中软件仿真的不足，大大缩短控制芯片开发周期。

    关键词：fpga离线开关电源开关电源控制器硬件模拟

    随着电力电子技术的发展，离线开关电源在人们的日常生活中得到了日益广泛的应用。在开关电源领域。各大半导体厂商对开关电源控制芯片的竞争也日趋激烈。因此，缩短控制芯片的开发周期及新产品的上市时间，是提高其竞争力的关键因素。

    在开关电源控制芯片的设计过程中，软件仿真是系统方案论证的一个重要手段。而控制芯片的硬件模拟，因其能够克服软件仿真的一些缺点，日益受到人们关注。为此，笔者设计并开发了一套基于fpga的通用开关电源控制器硬件模拟平台。控制器的逻辑电路通过fpga编程实现；控制器的模拟电路通过比较器、放大器等实现。通过此平台对开关电源控制芯片进行硬件模拟，直接从硬件对控制器设计的技术方案进行论证确认，提高了控制器设计的可靠性，从而大大缩短其设计周期。

    1 通用硬件模拟开发平台的组成

    此通用ic控制器硬件模拟开发平台主要由两部分组成：数字电路部分(包括一块fpga开发板)和模拟电路部分(包括一块模拟电路板、一块参考电源板和一块驱动电路板)。此平台的结构框图如图l所示。

    1．1 数字电路部分

    数字电路部分由memec公司的spartan-3 lc开发板组成。此开发板基于xilinx公司的spartan-3系列fpca xc3s400，主要包含有：1个50mhz的时钟晶振、1个rs-232接口、1个usb 2.0接口、4个led、8个滑动开关、2个按钮式开关、1个七段显示器以及2个可扩展至109个用户i／o的接口。

    spartan-3系列fpga xc3s400采甩90nm工艺技术，包含有40万个系统门(system gates)、8064个等效逻辑单元(equivalent logic cells)、16个18×18专用乘法器、4个片上时钟管理模块(dcm)以及多达141个用户i／o引脚。

    此开发板提供了强大的可编程数字逻辑功能。通过对fpga的编程，可以实现各种所需的数字逻辑策略．从而可以很好地对pwm控制器的数字逻辑部分进行硬件模拟。

    1.2 模拟电路部分

    模拟电路部分主要包括以下功能模块：5v电源模块、参考电压模块、通用加法电路模块、通用放大电路模块、通用比较电路模块、数字软启动单元模块、模拟软启动单元模块、a/d模块、驱动电路模块等。

    通过对这些通用模块及其他功能模块的组合，可以实现对pwm控制器各种模拟电路单元的硬件仿真。

    限于文章篇幅，各个功能模块的具体组成将不在此介绍。

    2 开关电源控制器硬件模拟的实现

    通过对fpga的逻辑功能编程以及模拟电路功能模块的组合，可以实现开关电源pwm控制器各个功能模块的硬件模拟，如振荡器模块、软启动模块、pwm生成模块以及保护电路模块等。

    2．1 振荡器模块的实现

    振荡器模块用来产生一定频率的触发脉冲，此模块可以直接由fpga得到。其原理图如图2所示。

    由外部晶振产生的50mhz时钟信号经过一次分频模块clkdll得到20mhz的时钟信号，然后再经过一个可以自由设定参数的二次分频器，得到所需要的时钟频率信号。其中，一次分频模块clkdll为xjlinx公司的标准库函数；二次分频模块利用vhdl语言编写逻辑程序予以实现。

    2．2 软启动模块的实现

    为避免开关电源开启时在输入端产生过大的冲击电流，其控制芯片内部集成有软启动模块。软启动电路有多种实现方法，利用通用硬件模拟平台可以模拟出相应的软启动电路。

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